Rust中为引用实现trait触发E0502借用错误的原因

针对Vec的原生实现版本可以正常编译：

fn clear_non_empty<T>(collection: &mut Vec<T>) {
    if !collection.is_empty() {
        collection.clear()
    }
}

将逻辑泛化为适配任意集合的版本时，如果Trait方法以&self/&mut self为接收者，代码依然可以正常编译：

trait IsEmpty {
    fn is_empty(&self) -> bool;
}

trait Clear {
    fn clear(&mut self);
}

fn clear_non_empty<'a, Collection: Clear + IsEmpty>(collection: &'a mut Collection) {
    if !collection.is_empty() {
        collection.clear()
    }
}

但如果修改Trait定义，改为为引用类型实现Trait、方法按值接收self（即引用本身），就会触发编译错误：

trait IsEmpty {
    fn is_empty(self) -> bool;
}

trait Clear {
    fn clear(self);
}

fn clear_non_empty<'a, Collection>(collection: &'a mut Collection)
where
    &'a mut Collection: Clear,
    &'a Collection: IsEmpty,
{
    if !collection.is_empty() {
        collection.clear()
    }
}

对应的编译报错如下：

error[E0502]: cannot borrow `*collection` as mutable because it is also borrowed as immutable
  --> src/lib.rs:15:9
   |
9  | fn clear_non_empty<'a, Collection>(collection: &'a mut Collection)
   |                    -- lifetime `'a` defined here
...
14 |     if !collection.is_empty() {
   |         ---------------------
   |         |
   |         immutable borrow occurs here
   |         argument requires that `*collection` is borrowed for `'a`
15 |         collection.clear()
   |         ^^^^^^^^^^^^^^^^^^ mutable borrow occurs here

For more information about this error, try `rustc --explain E0502`.

核心原因 #

核心差异来自Rust借用检查器对方法接收者生命周期的推断规则不同：

• 当Trait方法以&self/&mut self为接收者时，方法调用产生的借用生命周期是编译器自动推断的临时借用：is_empty()调用时拿到的不可变引用，会在方法返回后立刻被释放，不会持续到后续clear()调用的位置，因此可变借用和不可变借用的活跃范围没有重叠，符合借用规则。
• 当你为&'a Collection/&'a mut Collection这类引用类型实现Trait、方法按值接收self时，where约束里显式要求调用方法时传入的引用必须存活整个'a生命周期——这个'a是你在函数签名上定义的、覆盖整个函数执行周期的生命周期。也就是说is_empty()调用产生的不可变借用需要一直存活到函数返回，此时后续调用clear()申请可变借用时，不可变借用还处于活跃状态，二者作用域完全重叠，直接触发借用冲突。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Azat Ibrakov